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光电式传感器 光电效应 光电元件 光电传感器的应用 光电式传感器 光电传感器是利用光敏元件将光信号转换为电信号的装置。这种测量方法具有结构简单、非接触、高可靠、高精度和反应速度快等特点。 光电传感器是目前产量最多、应用最广的一种传感器，它在自动控制和非电量测试中占有非常重要的地位。 光电效应 光电传感器的工作原理基于光电效应。 光电效应：物体吸收了光能后转换为该物体中某些电子的能量，从而产生的电效应。光电效应分为外光电效应和内光电效应两大类 光电效应 1 外光电效应 在光线作用下，电子获得光子的能量从而脱离正电荷的束缚，使电子逸出物体表面，这种效应称为外光电效应。 已知每个光子具有的能量为： 式中 h ——普朗克常数 v——光的频率 ( ) 光电效应 当物体在光线照射作用下，一个电子吸收了一个光子的能量后，其中的一部分能量消耗于电子由物体内逸出表面时所作的逸出功，另一部分则转化为逸出电子的动能。根据能量守恒定律，可得 式中 A0 ——电子逸出物体表面所需的功 m ——电子的质量， v0 ——电子逸出物体表面时的初速度 光电效应 爱因斯坦光电方程式，由上式可知： （1）电子能否逸出物体表面取决于光子具有的能量是否大于电子由物体内逸出表面时所作的逸出功，而光子具有的能量只与光的频率有关，因此电子能否逸出物体表面取决于光的频率，与光强无关，光强再大也不会产生光电发射。 （2）如果产生了光电发射，在入射光频率不变的情况下，逸出的电子数目与光强成正比。光强愈强意味着入射的光子数目愈多，受轰击逸出的电子数目也愈多。 基于外光电效应的光电元件有光电管、光电倍增管等。 光电效应 内光电效应 物体受光照射后，其内部的原子释放出电子，这些电子仍留在物体内部，使物体的电阻率发生变化或产生光电动势的现象称为内光电效应。内光电效应又可分为光电导效应和光生伏特效应。 1.光电导效应（半导体） 在光线的作用下，半导体的电导率增加，这种现象称为光电导效应，简称光导效应。 2．光生伏特效应 在光线作用下能使物体产生一定方向电动势的现象称为光生伏特效应。 基于该效应的光电器件有光电池，由于它可把太阳能直接变电能，因此又称为太阳能电池。 命名方式：把光电池的半导体材料的名称冠于光电池(或太阳能电池)之前。如，硒光电池、砷化镓光电池、硅光电池等。目前,应用最广、最有发展前途的是硅光电池。 硅光电池价格便宜，转换效率高，寿命长，适于接受红外光。 硒光电池光电转换效率低(0.02％)、寿命短，适于接收可见光。 砷化镓光电池转换效率比硅光电池稍高，光谱响应特性则与太阳光谱最吻合。且工作温度最高，更耐受宇宙射线的辐射。因此，它在宇宙飞船、卫星、太空探测器等电源方面的应用是有发展前途的。 光电元件 1光电管 光电管的结构及工作原理 光电管有真空光电管和充气光电管两类，二者结构相似，它们由一个涂有光电材料的阴极K和一个阳极A封装在玻璃壳内，如图7-2（a）所示。当入射光照射在阴极上时，阴极就会发射电子，由于阳极的电位高于阴极，在电场力的作用下，阳极便收集到由阴极发射出来的电子，因此，在光电管组成的回路中形成了光电流I，并在负载电阻RL上输出电压UO。如图7-2（b）所示。在入射光的频谱成分和光电管电压不变的条件下，输出电压 UO与入射光通量成正比。 7.2光电元件 . 光电元件 1.1光电管的主要性能指标 光电管的性能指标主要有伏安特性、光照特性、光谱特性、响应特性、响应时间、峰值探测率和温度特性等。下面仅对其中的主要性能指标作一简单介绍。 （1）光电管的伏安特性 光电管的伏安特性是指在一定的光通量照射下，其阳极与阴极之间的电压UA与光电流I之间的关系。 7.2光电元件 在一定光通量照射下，光电管阴极在单位时间内发射一定数量的光电子，这些光电子分散在阳极与阴极之间的空间，若在阳极上施加电压，则光电子被阳极吸引而收集，形成回路中的光电流。 当阳极电压较小时，阴极发射的光电子只有一部分被阳极收集，其余部分仍返回阴极。 7.2光电元件 随着阳极电压的升高，阳极在单位时间内收集到的光电子数目增多，光电流I也增加。如果阳极电压升高到一定数值时，阴极在单位时间内发射的光电子全部被阳极收集，这种状态称为饱和状态，当达到饱和时，阳极电压再升高，光电流I也不会增加。图7-3绘出了光电管在不同光通量下的伏安特性曲线。 7.